FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÉRETTSÉGI TÉTELSOR KÍSÉRLETEI 2008 Barabás Péter
A HŐTÁGULÁS VIZSGÁLATA Vizsgálja meg a levegő tágulását kisebb melegítés hatására! Vizsgálja meg egy termosztát bimetálljának ki/bekapcsoló funkcióját hőmérséklet változás hatására! kisméretű lombik, száján alumínium ötvenfilléressel, szétszerelt termosztát, kis főzőpohár vízzel Nedvesítse meg a lombik száját, tegye rá az ötvenfilléres érmét és néhány csepp vizet úgy, hogy az érme peremén körbefusson. Fogja kezei közé és melegítse a lombikot. Csupán a testhőmérséklet hatására annyit változik a levegő nyomása, hogy megemeli az érmét többször egymás után jelezve a hőtágulást. A termosztát hőfokszabályozóját finoman állítva a terem hőmérsékletének elérésekor jól láthatóan megszakít egy érintkezőt, majd óvatosan kissé alacsonyabb hőmérsékletre állítva bekapcsol.
A TERMIKUS KÖLCSÖNHATÁS VIZSGÁLATA Mérje meg adott üveg mérőedény hőkapacitását! üveg mérőedény szoba-hőmérsékletű vízzel, üvegpohár olvadó (~ 0 C-os) jéggel, hőmérők, keverőpálca Olvassa le a mérőedényben lévő víz mennyiségét és hőmérsékletét, majd a hőmérőt a vízben tartva dobjon bele 2-3 olvadó jégkockát! Néha megkeverve várja meg a jégkockák elolvadását és akkor olvassa le a lehűlt víz hőmérsékletét! Számítással határozza meg a mérőedény hőkapacitását!
AZ EGYENLETESEN GYORSULÓ MOZGÁS VIZSGÁLATA Lejtőn leguruló golyó (vagy kiskocsi) gyorsulásának mérése különböző meredekség esetén. hosszú sín, oldalán centiméterskálával, golyó (kiskocsi), fahasábok a lejtő meredekségének beállítására, mérőszalag, stopper. Először egy majd több fahasábbal állítson be többféle lejtő meredekséget és mindegyiknél mérje meg többször az adott távolságot befutó golyó (kiskocsi) mozgásának idejét! Legalább három-három mérés eredményét átlagolja, majd számítsa ki a hozzájuk tartozó gyorsulás értékeket! Az energiamérleg alkalmazásával számítsa ki az adott magasságból érkező gyorsuló test sebességét, majd vesse össze a mérés alapján számított értékekkel! Indokolja meg az eltérést! Hogyan határozhatnánk meg ezzel a kísérlettel bár pontatlanul g értékét?
A MATEMATIKAI INGA LENGÉSÉNEK VIZSGÁLATA Mérje meg az inga 10-10 lengésidejét különböző hosszúság és különböző tömegek használatával! állvány, különböző hosszú fonál, nehezékek, mérőszalag, stopper Kétféle hosszúságú ingát alkalmazva mindegyik hossza esetén m és 2m nehezéket használva az ingát óvatosan kis kitérésű lengésbe hozva mérje meg a négy eset 10-10 T- jét! Mérje meg az inga hosszúságát is, majd az átlagolt periódusidőkből számítsa ki g értékét! A mérés alapján igazolja, hogy az nem függ m-től!
GYORSULÓ KOORDINÁTARENDSZEREK VIZSGÁLATA Végezzen képzeletbeli kísérletet gyorsuló (fékező) és kanyarodó metrószerelvényben a gyorsulás mérésére! fonál, nehezék, vízszintmérő eszköz, szögmérő Egy kapaszkodó rúdra kösse fel a kb. 60-80 cm-es vékony kötelet, erősítse rá a nehezéket és még álló helyzetben a vízszintmérő rudat a vízszintező buborék beállításával fogja a kapaszkodó rúdhoz függőleges helyzetben! Gyorsuláskor (kanyarodáskor) mérje meg a kitért inga kitérési szögét! Számítsa ki a mért szögből a szerelvény gyorsulását! (Tételezzük fel, hogy a méréskor a pálya vízszintes)
RUGALMAS ÉS RUGALMATLAN ÜTKÖZÉSEK VIZSGÁLATA Vizsgálja meg a kétféle ütközés során a kölcsönhatások eredményét! sín, két kiskocsi rugós ütközőkkel ill. mágnesrudak a rugalmatlan ütközés vizsgálatához, nehezékek A vízszintes sínen helyezzen el két kiskocsit rugalmas ütközőkkel! Kezeivel távolítsa el őket egymástól, majd próbálja egyenlő nagyságú sebességekkel egymásnak lökni őket! Ez után álló kiskocsinak ütköztessen mozgót! Szedje le a rugós ütközőt és tegyen mindkét kocsira ellentétes pólusaival egymás felé fordított (vonzó) mágnest! Az előző rugalmas ütközés feltételeit ismételje meg ez esetben is! Növelje az egyik kocsi tömegét a kétszeresére (+ nehezék + még egy mágnes); az álló kocsinak ütköztetést végezze el úgy is, hogy a könnyebb ill. a nehezebb kocsi álljon! Az összes ütközés után becsülje meg mindkét kocsi ütközés utáni sebességét és vesse össze az impulzusmegmaradás törvényével! (A kezdőfeltételek tehát: rugalmas ütközésnél m, v; m, -v; majd m,v; m,v=0, rugalmatlan ütközésnél m, v; m, -v; majd m, v; m, v=0, illetve m, v; 2m, v=0 és 2m, v; m, v=0.)
A SÚRLÓDÁS VIZSGÁLATA A csúszási és tapadási súrlódás vizsgálata lejtőn. állítható magasságú lejtő a meredekség szögének beállításával, nehezék kampóval, rugós erőmérő, dörzspapír. Kétféle meredekség szöget beállítva mindkét esetben egyenletesen fölfelé húzva a testet a rugós erőmérővel, annak leolvasása, majd óvatosan álló helyzetből a test kimozdításához szükséges erő leolvasása. A mért erőkből ill. a lejtő hajlásszögéből számítsa ki -t, 0 -t!
A HARMONIKUS REZGŐMOZGÁS VIZSGÁLATA Rugón függőleges rezgésbe hozott test rezgésidejének mérése. állvány befogóval, két egyforma rugó, négy azonos tömegű nehezék, rugós erőmérő, stopper. Egy rugót, majd két rugót sorba kötve használva mindkét esetben 2 majd 4 nehezékkel mérje meg 10-10 rezgés idejét! A rugón lévő nehezékeket óvatosan (kicsit kitérítve) függőlegesen hozza rezgésbe! Az egyik esetben kétféle kitérítést (amplitúdót) is használjon annak kimutatására, hogy T nem függ A-tól! Mérje meg a használt nehezékek tömegét (rugós erőmérővel való súlymérésből számolva)! Számítsa ki a rugók direkciós erejét (D)!
A MECHANIKAI (HANG)REZONANCIA VIZSGÁLATA Vizsgálja meg a rezonancia jelenségét rezonáns hangvillák segítségével! két azonosan hangolt hangvilla egy-egy rezonátor dobozon, fakalapács Az egyik hangvillát rezonátordobozánál fogva tartsa közel füléhez és közben a másik hangvillát erősen üsse meg a fakalapáccsal, majd kezével fogja meg, hogy a rezgés megszűnjön. Tapasztalni fogja a másik meg nem ütött - hangvilla halk hangját. Értelmezze a jelenséget.
AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS VIZSGÁLATA Végezzen képzeletbeli kísérletet elektroszkóp kalibrálására! kalibrált és kalibrálatlan elektroszkóp, két fémlemez szigetelő tartókkal, kis állvány, fonálon fémgolyócskával, vezetékek, földelő csatlakozás. A kalibrált elektroszkópot különböző mértékben töltjük föl, majd az egyik fémlemezt csatlakoztatva hozzá a másik fémlemezt párhuzamosan szembeállítva vele leföldeljük. A két lemez közé lógatjuk a kis alumínium golyócskát úgy, hogy 3-5 mm-t tudjon a lemezek között azokhoz ütközve mozogni. Ezzel az elektromos harangjátékkal az adott töltés levezetéséhez tartozó harangozások számát mérjük, majd a kalibrálatlan elektroszkóp különböző töltéseinél ugyanezt a mérést elvégezve a koppanások számához adjuk meg az arányos töltésértékeket. Értelmezze a harangjáték működését!
A KONDENZÁTOR VIZSGÁLATA EGYENÁRAMÚ KÖRBEN Egyenfeszültségű áramforrásról töltött kondenzátor feszültségének és töltőáramának vizsgálata. elektromos kísérleti készlet kapcsolókkal, nyomógombokkal, ellenállások, két kondenzátor párhuzamosan kapcsolva (a nagyobb kapacitás létrehozására), vezetékek, zsebtelep, áram- és feszültségmérők, négyzetrácsos papír, stopper A kapcsolási rajz alapján állítsa össze a mérést! A kapcsoló bekapcsolása után 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 25, 30 másodperc elteltével jegyezze fel az árammérőn mért értékeket (az első öt értéket öt különböző méréssel egyesével mérje)! Utóbb ugyanúgy jegyezze fel a voltmérőn mért adatokat! Minden mérés előtt a kapcsolót kapcsolja ki és a nyomógombbal süsse ki a kondenzátort (amit a feszültségmérőn leolvasott 0 érték jelez)! Koordinátarendszerben ábrázolja I és U időfüggését! Értelmezze a mérés eredményét!
ZSEBTELEP TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA Végezzen áram- és feszültségmérést különböző terhelések esetén a zsebtelep belső ellenállásának meghatározására! elektromos kísérleti készlet kapcsolókkal, izzókkal, vezetékekkel, áramforrás, mérőműszerek A kapcsolási rajz alapján állítsa össze a mérést! A kétféle terheléskor a műszereken olvassa le I 1, I 2, U 1, U 2 értékeit! Az áramköröket csak 10-20 másodpercre hagyja bekapcsolva! ismertesse Ohm törvényét a teljes áramkörre, majd mutassa meg, hogy R b = Számítsa ki R b -t! U k I.
AZ ELEKTROMÁGNESES INDUKCIÓ VIZSGÁLATA Vizsgálja meg a mozgási és nyugalmi indukció jelenségét, mérje meg az indukált feszültséget (áramot) és annak polaritását! demonstrációs műszerek, vezetékek, banándugók, krokodilcsipeszek, áramforrás (zsebtelep), két tekercs vasmaggal (demonstrációs transzformátor), elektromágnes-rúd, felfüggesztett tekercs, iránytű, mágnesrudak, patkómágnes Mutassa meg az elektromos áram mágneses hatását! A felfüggesztett tekercs egyik ágát fogja össze a patkómágnessel ( mágneses hinta ), majd a tekercset kapcsolja az áramforrásra! Értelmezze a Lorentz-erő hatását! Tekercset kössön a középállású mérőműszerre, majd egy ill. két rúdmágnest különböző sebességgel mozgasson a tekercs belsejébe illetve onnan kifelé! Mérje meg az indukált feszültséget (áramot)! Értelmezze annak polaritását Lenz törvényével! Állítsa össze a demonstrációs transzformátort, majd a primer tekercsre néhány másodpercig kapcsoljon egyenfeszültséget az áramforrás segítségével miközben a szekunder tekercs a középállású mérőműszerhez csatlakozik! A méréshatárt most egy egységgel nagyobbra tegye! Értelmezze a mérés eredményeit!
TEKERCS VISELKEDÉSÉNEK VIZSGÁLATA VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRBEN Végezzen képzeletbeli mérést indukciós együtthatójának meghatározására! váltóáramú nagyfrekvenciás generátor, ismeretlen induktivitású tekercs, kondenzátorszekrény, ellenállás, voltmérő, vezetékek A kapcsolási rajz alapján összeállított mérésnél a kondenzátor-szekrény segítségével különböző nagyságrendekben változtatott kapacitások állíthatók elő. Áramrezonancia esetén a főágban elhanyagolhatóan kicsi áram folyik, amit az ellenállásra kapcsolt feszültségmérőn mért közel 0V jelez. Az áramrezonancia feltételéből a generátor frekvenciájának és a beállított kapacitás értékének ismeretében számítsa ki a tekercset jellemző indukciós együtthatót (L)!
LENCSÉK KÉPALKOTÁSÁNAK VIZSGÁLATA Határozza meg domború lencse fókusztávolságát rögzített kép-tárgytávolság esetén! optikai pad kis ernyővel, gyertyával, tartókkal, lencsékkel, mérőszalag, gyufa Helyezze el az optikai padon a befogott domború lencsét és vegye azt közre a tartóra helyezett gyertya ill. kis papírernyő. Gyújtsa meg a gyertyát, állítsa be a megfelelő magasságokat, majd tolja a lencse tartóját abba a helyzetbe, hogy éles nagyított (1), egy másik pozícióban pedig éles kicsinyített kép (2) keletkezzen! Mérje meg a kép-tárgy távolságot (d), valamint a lencse két pozíciója közöttit (s)! Számítsa ki a lencse fókusztávolságát!
A FÉNYTÖRÉS VIZSGÁLATA Határozza meg a víz levegőre vonatkoztatott törésmutatóját! állvány befogóval, üvegkád, vízzel telt edény, lézerceruza, mérőszalag A rajz alapján állítsa össze a mérést! Az üres üvegkádban a lézer fénysugár meghatározza d 1 -t. Mérje azt meg! Majd töltse fel h magasságig vízzel az üvegkádat és olvassa le a megtört fénysugár a kád aljától az állványig mért távolságát (d 2 )! Számítsa ki α-t és β-t! Számítsa ki a víz levegőre vonatkoztatott törésmutatóját!
RADIOAKTÍV ANYAG AKTIVITÁSÁNAK VIZSGÁLATA Elemezze a táblázat adatait, amely a víztartályba került radioaktív jódizotóp mért aktivitását mutatja! Napok száma 2 4 6 8 10 Aktivitás (Bq) 2.2 10 8 1.8 10 8 1.6 10 8 1.3 10 8 10 8 Mind az elbomlott atomok számát, mind az aktivitást exponenciális lecsengés jellemzi: N= N 0 2 -t/t ; a=a 0 2 -t/t Vesse össze a mért adatokat az exponenciális összefüggéssel! Mit nevezünk felezési időnek? Hogyan alkalmazható az aktivitás időbeli csökkenése kormeghatározásra?